日立ドライタイプルームクーラの構造および除湿特性

∪.D,C.る97.975:る97.933

日立ドライタイプルームクーラの構造および除湿特性

Structure

_and

DehumidifyingCharacteristicsofHitachi

緒

方

京

一*

Ky6ichiOgata

Dry

Type

Room

Air

Conditioner

小

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小田垣

福

一* HiroyukiOgawa FukuichiOdagaki

要

_旨

わが国でほ気候の特長としてじめじめとした梅雨期を持っているが,気温が比較的低いためにルームクーラ を運転すると除湿は行なわれるが同時に室温も低下するため寒くなり実際上使用できない｡したがって室温を 下げずに湿度だけを下げる運転が可能であればルームクーラとしての機能のほかに除湿機としての梯能をも兼 ねるので,それだけ使用可能期間を延ばすことができ,真にわが国の気候にマッチした空気調和枚とすること ができる｡かかる見地から開発した除湿機兼用形のドライタイプルームクーラの構造,除湿特性などについて 述べたものである｡ 5=0 ₅₌₅

1.緒

言 従来のルームクーラは夏期室内を冷房することをR的として設計 されており,全冷却熱量のうち室温を下げるための顕熱を大きくし 湿度を下げるための潜熱を小さくしている｡したがってわが国の梅 雨期のように湿度が高く気温が20∼25℃程度の場合にほ室温が下 がりすぎて運転するには不適当である｡また電気除湿機ほ室温を下 げずに除湿だけを行なうことを目的として設計されているので,除 湿枚能はあるが室温を下げる機能はない｡ したがってルームクーラで室温を下げずに湿度だけを下げる運転 が可能であればルームクーラとしての機能のほかに除湿機としての 機能をも兼ねるのでそれだけ使用可能期間を延ばすことになり,真 にわが国の気仮にマッチした空気調和磯ということができる｡日立 製作所では冷凍サイクルを切り換えることにより夏期にはルーム クーラとして,梅雨期には除湿枚として使用できる除湿機兼用形の ドライタイプルームクーラを開発し,RA-228D形ルームクーラと して昭和42年度より発売した｡以下その構造,除湿特性などについ て述べる.=. 2.開 発 方

針

2.1除 湿 ≡哩 論(1) 2.1.1冷却顕勲と除湿量 湿り空気の流れの中に表面温度が露点温度以下の冷却器を置く と,空気は冷却されると同時に表耐こ露が凝縮する｡図1はその ときの状態を示したものであるr〕 いま, lγ:循 環 風 _量(kg/h) 5:伝 熱 面 積(m2) J｡1,f〃2:入口,出口空気温度(℃) ズ叫ズα2:入口,出口増気絶対湿度(kg/kg) ま5:冷却器表面温度(℃) ズぶ:冷却器表面温度に相当する飽和空気の絶対湿度 (kg/kg) 紺:除 湿 量(kg/h) とし,冷却器の途中の微小面積d5からの吸収顕熱量一dQlを 求めると次式のようになる｡ -dQl=α(仁一りd5 (1) ここに,-d￠1二 空気が冷却される顕熱量(kcal/h) α:冷却器表面熱伝達率(kcal/m2h℃) f:空気の温度(℃) d5:冷却器微小面積(m2) また,微小面積d5を通過した空気は温度dょだけ冷却されるか 日立製作所栃木工場 帆/ 亡｡ よa2 よ∂1

坊

g∂1 ズaz J d∫ 図1 除 湿 冷 却 器 ら次式が成り立つ｡ 一d￠1=-IγC♪d才. _‥(2) ここに,C♪:空気定圧比熱(kcal/kg℃) d′:空気冷却温度差(℃) (1),(2)式より(3)式が得られる｡ 【IγC♪df=α(トfg)dg‖‖ _‥(3) これを5=0のとき才=才｡1,5=5のとき才=f〟2の境界条件のもと で構分し,整理すると出口空気温度Jα2は(4)式で表わされる｡ ___旦L f｡2=′∫十(J｡1-f∫)β￣cpⅣ ‥(4) ゆえに冷却麒熱量01は(5)式で表わされるし､

￠l=｡♪Ⅳ(f叫-f5)(トβ一昔).

‥(5) Lewis氏によれば冷却面と空気との温度差(トーf5)があまり大き くない所では除湿量は冷却器の表面温度′∫に相当する空気の飽和 絶対湿度と空気の絶対湿度との差に比例するという｡したがって 図1の微小両横dgによって凝縮除湿される水量-d紺は

-d紺=言(ガーガ古)d5･

･･(6) ここに,ズ:空気の絶対湿度(kg/kg) で示される｡ また,微小面積d5を通過した空気は湿度dズだけ減湿されるか ら,次式が成り立つ｡ 一血′=一lγdズ.… ‖(7) ここに,dズ:空気減湿絶対湿度差(kg/kg) (6),(7)式より(8)式が得られる｡

一Ⅳdズ=言(方一方ざ)d5･･･

‥(8) これをs=0のときズ=ズ叫ざ=5のとき方ニズ｡2の境界条件のも とで積分整理すると全除湿量叫ま次式のように求められる｡

ぴ=Ⅳ(ズα1_ズ5)(トβ一読)…

‖(9)

-36

【 l

日立ドライタイ

プルームクーラの構造および除湿特性

冶月1 1ヱト勺′とうモーー 諸芸 l / 冷朋註鮒即諾什洲上 批難記:さ

/

＼ ノ 000 000 000 0 00 0 0D 000 000→ 000二 000 tOoO-000 000 000 000 染′` l二八 1i外 囲2 _{ドライタイプルームクーラの構造概略図} l¶ 却 器 キャヒラリー十ユー7 放 熱 箸∑さ ､こ人印は冷媒グ)循ぷ路をホす■･ 囲3 _{ルームクーラの冷凍サイクル圃} 2.1.2 除 湿 効 率 凝縮して分離された水分仰のもっている潜熱晶02は 02=紺(γ｡1-β｡1) (10) ここに,￠2:擬締分離水の満熱量(kcal/h) γ〟.:冷却器入口空気中の水蒸気エソクルピ(kcaり kg) 凡り:冷却器入口空気温度における水のエソクルピ (kcal/kg) で示される｡ また,冷去り器表面で凝縮中の水分以川こ与えられる群熱量Q′2は 次式で示される｡ Q′2=紺(γ〟1-凡) (11) ここに,Q′2:凝縮中の水の潜熱量(kcal/b) 々ぶ:冷却器表面温度における水のエソクルピ (kcal/kg) ゆえに全冷却熱量釧ま(5),(9),(11)式より次式のようになる｡ 0=01十Q′2

=｡♪町(才｡1_≠ぶ)(1_β一昔)

岬(ズ｡1_ズ∫)(,′叫▼凡)(トβ一読)..‥(12)

次に除湿性能を表わすものとして除湿効率でを用いると,次の ように示される｡

i†

作絡機 四方切換介 八川却h｡希 比 熱 許:′さ キャビラリーチューブ(冷房運転用) 冷却器番仰 再熱lし･】捕 し実線ケこ印は冷房運転時,破線ウさ印は除湿運転時の冷媒循環路を示す) 図4 ドライタイプルームクーラの冷凍サイクル図

1〉二百悪才

(ズ｡.一方5)(γ｡1一凡1〕 C♪(f〃1一り十(方〟.一方ざ)(γ叫一風) (除湿運転用) キャビラりⅠチューブ (13) すなわち,総交換熱量のうち除湿に費やされる熱量の割合小ま入 口?空気の温度,湿度および冷却器の衷而温度とその温度に相当す る飽和空気の絶対湿度との関係で表わすことができる{=) 2.2 構 造 ルームクーラに除湿枚の機能を付加するためには冷却器,放熱器 のほかに再熱器が必要となる｡再熱器として電熱器を使用してもよ いが,約1∼2kW(冷房能力が2,240kcal/h級のルームクーラにおい て)の電熱器が必要となり,消費電力が増加して効率が悪いことと, 電源周波数が50c/sと60c/sの場合では電熱器の容量を切り換え なければ再熱量が変わってしまう欠点があるため,このドライタイ プルームクーラでは冷却器を二つに分け,一方を冷却器,他の一方 を冷却器兼再熱宕旨として,冷房運転時には冷却器と冷却器兼再熱器 とをともに蒸発岩旨として働かせ,また除湿運転時には冷却器兼再熱 器を凝縮器として働かせるように四方切換弁によって冷媒管路の切 り換えを行なうというまったく新しい構造とした｡その構造概略図 を図2に示す〔J 2.3 _{冷凍サイクル} ルームクーラの冷凍ヤーイクルは図3に示すように,圧縮機,放熱 器,キヤピラリーチュープならびに冷却器から成り立っているが, このドライタイプルームクーラではさらに冷却器兼再熱器および 四方切換弁が必要となる｡この冷凍サイクルとして種々考えられる が,このドライタイプルームクーラでは図ヰに示す冷凍サイクルを 採用した｡ この冷凍サイクルでは冷房用と除湿用のキヤピラリーチュープが 独立しており,両方の能力をそれぞれ最大とするキヤピラリーチュ ーブを任意に選択することができることと,除湿運転時には圧縮棟 からの吐出ガスを冷却器兼再熱器に入れる前に放熱器の一部で冷却 する方式であるので,この部分の伝熱面積を変えることにより再熱 後の吐出空気温度を任意に選ぶことができる長所がある｡ 2.4 _{室内外温湿度条件の設定} このドライタイプルームクーラを除湿機として使用する場合の室 内外温湿度設計条件を決めるた捌こわが国の各地の気候(2)を調べて 室外空気の設計条件ほ温度20℃,湿度90%とした｡ また梅雨期には捏,ふとんなどが湿って不快感を与えるほか,家 具,衣瑛などにカビを発生させる｡カビを防止するには湿度を60%

ー37一

836 _{昭和42年8バ} 1.⊥ 園5 ドライタイプルームクーラ 0 5 J;止‖;モニ主ノこ【l'州.い空け) 10 60 50 20 図6 _{除湿効率と冷却器表面温度} 以￣Fにしなければならない()またピアノなどの梵器は50∼60%の 湿度が最適とされている｡したがって室内空気の設計条件として湿 度を50タgとした｡温度については室外より部屋にはいって寒く感 じないように同じ有効温度となるように決めて22℃とした⊂,

3.仕様および構造

3.1外 観 操作スイッチパネルに冷房運転と除湿運転の切換スイッチが余分 についている以外はルームクーラと同一意匠である｡このドライタ イプルームクーラの外観を図5に示す｡ 3.2 _{仕様および構造} 3.2.1熱 交 換 器 図4の冷凍サイクルに示すように冷房運転時には放熱器全体を 凝縮器として働かせ,また冷却器と冷却器兼再熱器はともに蒸発 器として働かせるので放熱器の所要伝熱面積および冷却器と冷却 器兼再熱器の所要伝熱面積の和は従来のルームクーラと同様に求 めることができる｡ また除湿運転時には除湿効率を最大とするようにしたほうがよ い｡除湿効率は(13)式で示すように室内空気の温度および湿度が 決定すれば冷却器表面温度のみの関数で表わされる｡室内空気の 温度が22℃,湿度が50%のときの除湿効率と冷却器表面温度と の関係を求めると図るのようになる｡また冷却器の所要伝熱面積 は(9)式により求めることができる｡ このドライタイプルームクーラの各熱交換器の伝熱面積の割合 を表1に示す｡ 評 論 _{第49巻 第8-1J･} 表1 葬さ§交換器伝熱面積比 伝 熱 放 熱 面 器 横 比 冷群運転時 除湿運転時 パイロ∴′トパルプ

善

000 器 5 却 8 2 冷 器 却 冷 レ イ コ 磁 電 切換弁 図7 _{四方切換弁内部構造図} Lユリ 種もこ用コン子ニ♯ 日朝川コニ子ニサ 川/ノ切推了｢コイ

トゴ

運転用コンテニサ i封軋機モータ 〃ん 冷却器兼再熱器 1.85 付根の耽れトり′川 ＼､ニーいレ 図8 連山井内部構造図 1宜り三り 冷㌢/i,陳iLl切推 イ･ソ十 J†｢痍運転楠 fJ,孟..1空調節器 主柁作スイ _′十 差込プラグ￣ 図9 ドライタイプルームクーラの電気回路図 3･2.2 _{四方切換弁および逆止弁} 冷房運転と除湿運転の冷媒管路の切り換えには従来からヒート ポンプ付ルームクーラで使用している電磁式四二万切換弁を使用し ておりその内部構造図を図7に示す｡ また逆上弁ほ除湿運転時に冷媒が逆流することを防1ヒするため に使用しており,その内部構造図は図8に示すとおりである｡ 3.2.3 _{仕 様} 仕様を表2に示す｡ 3.2.4 _{電 気 回 路} 電気回路図を図9に示す｡除湿運転回路には除湿運転用の温度 調節器を設けて,除湿運転中に室温が高くなると自動的に冷房運 転に切り換わり,その後逆に室温が低くなると再び除湿運転に戻 り,室温をあまり変えずに連続して除湿を行なうようにしてある｡

4.除

湿

特

性

4.1温度,湿度乏変えたときの除湿量の変化 ▲一般に電気除湿棟の除湿特性は室温が高いほど,また湿度が高い ー38∼ -1

日立ドライ タイ

プルームクーラの構造および除湿特性

表2 _{日立ドライタイプルームクーラ仕様表} 形 式 高 さ(mm) 幅 (mm) 奥 行(mm) 圧 縮 横 熱 交 換 器 冷媒および冷媒制御装㌍ i出 fi荷 昧 諮 袈 匠 冷凍装置 送風装置 電 動 送 風 TE 運 転 椙 総 合 入 力 起 動 冷房逆転時 除i吉良運転時

一￣￣窟￣￣￣!

機 源 流 しA'〕 力(Wl 率(%〉 馬 流(A) 冷房能力(kcal/h〕 除湿能力(g/山 除i湿能力り/h､･ 窄災循環￣:!‡二(m3/山 一 ソ イ ル タ ニート拙 作 ス _{イ ッ} チ 冷 風 臨ill長 切 換 ス _{イ ソ ート} 排 気 装 置 風 ムt 風 向 弓温 度 ■製 品 変 換 装 置 変 換 _装 置 調 節 ■只ミ ￣前 石モ (kgl 形 式 .i芝 〇 三､二) -讃 蓮 γ / 可 希 号 γ ㌢ ㌢ γ RA-228D 370 610 555 全密閉形 750W 2椎 フィン付パイプ形 R-22,キャピラリ･--十ユー｢ソ 自 動子担帰形 35W 4極 室内側シロッコ形,室外側 プロペラ形 単相,100V,50/60c/s lO.2/11.8 960/1,170 94/99 27/26 2,000/2,240 1.2/1.4 し27℃,80プ占■J O.44/0.50(22℃,50%ン 480/540 パーー7ネソトl〉オッシソ/ン･什ランネット 5′〔1.ミロークリー形 タンブラーー形 付 4段切換 異形風向板 冷房運転,除湿運転用各1個付き 56 ∇91-1575 ンー 25 30 室内外温度(℃) 図10 除湿量の変化特性 はど除湿量は多くなる｡このドライタイプルームクーラの除湿特性 も図10に示すようにほぼ電気除湿機の特性と一致している｡ 室温が高くなると,また湿度が高くなると除湿量が増加する理由 40 30 20 V一∃ペコ､㌣ニニ一 宕ごl卜lと80■-ノ′ 湿度50〃占 30 図11吐出空気温度の変化特性 20 18 16 ミ∨ ≒自 主14 12 10 80 0 0 5 一りり ㌢講｢二一心 〔 ノーーーーー￣￣￣￣￣￣￣￣-￣￣￣￣ ､---一一-ほ冷却器表面温度と室温との温度差が大きくなるため(9)式にて表 わされる(ズ〟1一方∫)が大きくなることによるものである｡ 4.2 温度∴昆度を変えたときの吐出空気温度の変化 図11に吐出空気温度の変化を示す｡湿度が高いほど吐出竺㌍気温 度が高くなるのは冷却器における全冷却熱量のうち顕熱冷却熱量が 減少するためと考えられるこ〕 ム3 実 用 試 験 実用試験として和室に据付けて試験した結果を図12に示す｡室 内外とも温度20℃,湿度80クどの条件で試験を開始した｡ 除滞運転の場合には室温ほ20℃でほとんど変化なく,湿度は50 %まで￣￣F-がった｡これに対し冷房運転の場合には室温は約11.5℃ま で下がるが,湿度はあまり下がらず75%となった｡ この結果から冷房運転と除湿運転の差がはっきりわかり,梅雨期 などの低温高湿時には除湿運転が非常に有効であることがわかる｡ノ

5.結

口 以上ドライタイプルームクーラについてその構造および除湿特性 などを述べた｡ このドライタイプルームクーラは電熱器などを使用せずに冷凍サ イクルの切り換えだけで,ルームクーラと除湿機の2台の役割を果 たす初めての製品であり,梅雨期には除湿放としての威力を発揮す る｡除湿機としての使用可能温度範用は上限は自動的に冷房運転に 切り換わる25′∼27℃,下限は15′∼17℃であり,それ以下の室温では

㌦39-838 _{昭和42年8月 立} 冷却器への着霜があり運転しても支障はないが,除湿能力ほ著しく 減少する｡この点は電気除湿機と同じである｡また,消費電力当た りの除き罷畳も電気除湿機とほとんど同じである.こノ また,このドライ タイプルームクーラは室外へ一部の熱を放熱しているので,使用中 に室脱が上昇することがほとんどない点が電気除∼棍機よりすぐれて いる.=, また,再熟語諒として電熱器を佐川する方式と比較して除湿効率が

特

許

特許第485736号(特公昭41-10273号)

沈

砂 卜水処理場に設けられた沈砂地の砂だまりに沈殿し,謹言杭した二1二 砂は適宜にかき上げて除去するが,この沈砂中には有機物が含まれ ているので,このまま処分することは衛生上好ましくない.二 この発明はその欠点を除去するため,排砂コソベヤ6を内蔵する 傾斜洗浄トラフ5に連通し,かつ溢出せき18,19および排出路20 を備えたタンク1内に,その排出路に連通する/てッフル4と秒受円 筒2を設置し,その砂受円筒およびトラフ内に洗浄ノズル9,10,11 を設けたものである｡ この発明は上記のような構造からなるので,コンベヤ16によって タソク1内に投入された砂ほ砂受円筒2内において,ノズル9から 噴出する水によって洗浄され,有機物は沈砂から分離されると同時 に,砂はタソク内を沈降してトラフ5内に堆積する｡そのとき沈砂 はノズル10,11から噴射する洗浄水によりさらに洗浄され タソク

J∴

/ ￣￣ 20-21 18 19 10 評 論 _{第49巻 第8-ぢ･} 良いので椚紫電力を1/2∼1/3におさえることができる.｡ これらの多くの特長をもっているドライタイプルームクーラはわ が国の気候に真にマッチした窄気調和機であり,一乍後の需要の仲良 が大いに期待される.. 参 諾 文 献 (､1)沢軌 _{′J､川,埋橋:日立評論45,973(昭38-6)} (2)東京天文台:理科年表,昭和39年版(昭38,丸善株式会社)

紹

介

古館俊夫

装

置

1およびトラフ5内の噴射水の上昇流速と沈砂の沈降速度との差に より沈降速度の大きい砂はトラフ庶に沈み,沈降速度の小さい有轢 物は卜昇してせき18,19より越流して排出路20を経て沈砂地に戻 さメ1る また､タンク1内の/てッフル4の￣F方に停滞する有機物はタンク 内の水肝によりバッフルl如こ流入し,管路21を経て沈砂池に戻され るこ.洗浄トラフ5iこ沈降した洗浄砂は排秒コソべヤ6によりかき上 げられて排出口22から排出される｡ この発明によれば,沈砂池よりかき上げられた沈砂を砂と七◆機物 とに分離できるばかりでなく,沈砂の洗浄を十分に行なうことがで きるので,排砂は有機物をはとんど含ヰ】■しないため,衛生的であり 実用的効果はきわめて大であるっ _(野村) 5 ₆ ＼11 /.プ; 22 払 図 1